图像自适应分块的压缩感知采样算法

目的 在图像压缩感知过程中,不管是整体采样还是固定分块采样,都不能充分利用图像的稀疏性,存在采样率与图像重构质量的矛盾。提出了一种基于图像纹理变化的自适应分块感知采样算法ABCS(adaptive block compressed sensing),再结合JPEG量化思想,在不降低图像重构质量的前提下降低采样率,更大地提高压缩比。方法 首先进行图像预分块,计算分析各块纹理复杂度,当图像块纹理复杂度低于相应阈值,选择最佳采样率对各块观测采样,当图像块纹理复杂度高于相应阈值,需再分块,重复上述步骤,达到最小16×16块时停止分块。当最小块的纹理复杂度高于最大阈值采用JPEG量化编码,其他块选择匹配的采样率,以压缩感知方式压缩。结果 ABCS算法与典型的压缩感知重构算法结合并与其原始算法比较,在相近采样率条件下,图像重构质量提高明显,尤其在低采样率下性能更佳,如20%采样率下重构图像PSNR值达到30 dB左右。结论 提出的自适应的分块采样充分利用图像的稀疏分布,提高压缩感知的效率;高复杂纹理块采用JPEG编码处理,避免了重构质量差的缺点,同时减少了重构时间。     

基于压缩感知的电能质量压缩采样重构算法

针对电能质量扰动信号的重构问题,在压缩采样匹配追踪(Compressive sampling matching pursuit,CoSaMP)算法的基础上,为解决原算法的不足,提出一种改进的压缩采样匹配追踪(Modified compressive sampling matching pursuit,MCSMP)算法,并将其应用在电能质量信号的重构上。该算法在候选集的选择阶段采用模糊阈值的方式代替原算法固定个数的选择方式,并以相邻迭代感知矩阵与残差之间的相关度变化量作为算法的停止条件,为回溯过程的剪裁减轻了负担,避免了不必要的迭代,提高了算法的运行效率。仿真实验结果表明:无论是重构性能指标或是重构速度,MCSMP算法的重构结果都优于CoSaMP算法。     

基于多尺度的自适应采样图像分块压缩感知算法

基于分块的压缩感知算法适用于图像信号的处理,通过平滑迭代阈值投影法可以快速重构图像,但存在低采样率下重构图像质量较差的缺点。基于全变差分的分块压缩感知算法,在一定程度上能提升重构效果,但降低了运算速度。针对以上算法的不足,提出基于多尺度的自适应采样图像分块压缩感知算法。根据小波分解后不同层对重构结果影响所占权重不同的特性,自适应分配给每一层不同的采样率,并在重构时将平滑迭代阈值投影法应用到每一层的每一个子带的分块上。实验结果表明,与传统的迭代阈值投影法相比在重构质量上提高了1~3 d B,在重构速度上与迭代阈值投影法相当并优于全变差分法。     

基于压缩感知的图像盲水印算法

针对现代数字水印的设计要求,结合压缩感知理论,提出一种图像盲水印算法。该算法利用自然载体图像在小波域中稀疏的特性,将加密后的水印嵌入载体图像离散小波变换系数中。提取水印时, 无需原始载体图像或其他先验知识,根据向量空间、矩阵方程的一些性质,以及压缩感知的重构算法,只需一个密钥(随机数种子)即可从嵌有水印的载体图像中精确提取水印并重构原始载体图像。实验证明,该水印算法具有良好的特性,能够满足实际应用的要求。     

Lp范数压缩感知图像重建优化算法

目的 压缩感知理论中的重构算法作为关键技术之一,在科学研究方面起到了关键的作用。常用的重构算法包括L₀范数的非凸优化算法和L₁范数的凸优化算法,但它们的缺点是重构精度不高,运算时间很长。为了克服这一缺陷,提高现有基于L_p范数的压缩感知图像重构算法的重建精度和算法效率,本文提出改进算法。方法 针对拉格朗日函数序列二次规划（SQP）方法中海瑟（Hesse）矩阵不正定导致计算量很大的问题,引入价值函数,修正Hesse矩阵的序列二次规划方法并结合图像分块压缩感知技术,提出了一种基于L_P范数压缩感知图像重构算法。结果 在采样率同为40%情况下,本文算法下的信噪比为34.28 dB,高于BOMP（block orthogonal matching pursuit）算法信噪比2%,高于当罚函数作为修正方法时的13.2%。本文算法计算时间为190.55 s,快于BOMP算法13.4%,快于当罚函数作为修正方法时的67.5%。采样率同为50%的情况下,本文算法下的信噪比为35.42 dB,高BOMP算法信噪比2.4%,高于当罚函数作为修正方法时信噪比12.8%。本文算法的计算时间是196.67 s,快于BOMP算法68.2%,快于81.7%。在采样率同为60%的情况下,本文算法的信噪比为36.33 dB,高于BOMP算法信噪比3.2%,高于当罚函数作为修正方法时信噪比8.2%。本文算法计算时间为201.72 s,快于BOMP算法82.3%,快于当罚函数作为修正方法时86.6%。在采样率为70%的情况下,本文算法信噪比38.62 dB,高于BOMP算法信噪比2.5%,高于当罚函数作为修正方法时信噪比9.8%。本文算法计算时间为214.68 s,快于BOMP算法88.12%,快于当罚函数作为修正方法时的91.1%。实验结果显示在相同的采样率的情况下,本文改进算法在重构精度和算法时间上均优于BOMP算法等其他算法。并且采样率越高,重构图像精度越来越高,重构算法时间越来越短。结论 通过实验对本文算法、BOMP重构算法等其他算法在信噪比和算法计算时间进行对比,在不同采样率下,本文算法都明显优于其他两种算法,而且在采样率仅为20.5%时,信噪比高达85.154 3 dB,重构图像比较清晰。本文算法的最大优点在于采用了分块压缩感知技术,提高图像重构效率,降低了重构时间,缺点是在图像采样率比较低的情况下,存在图像干扰块效应。接下来研究方向是如何在采样率低的情况下,高精度地还原图片,消除图像干扰块效应。     

面向感知哈希的图像数据集

目的 感知图像哈希又称图像摘要或是图像指纹,是一种有效的图像认证技术,近年来受到了广泛的关注。该技术通过将图像的感知鲁棒特征转化为固定长度的哈希序列,来实现图像版权认证。然而,该领域始终缺乏一个比较通用的数据集,已有数据集所使用的图像内容保留操作和真实场景差异较大,使得训练得到的神经网络架构在应对复杂的图像编辑操作时效果显著下降。方法 针对感知图像哈希任务,面向实际图像内容认证场景构建了一个新的数据集。首先,将现实中常见的图像内容保留操作进行总结和分类,设计了48种单一、复合的图像内容保留操作来生成感知相似图像;然后,根据感知图像哈希的定义,选择与待认证图像语义相似但是感知内容不同的图像作为感知不相似图像,增加了该数据集的辨别难度;最终建立了一个包含116 400幅图像的感知哈希图像数据集。结果 由于本文提出的数据集使用的图像内容保留操作更加复杂,不相似图像也更加难以辨别,使得在该数据集上训练得到的深度神经网络具有较好的泛化能力,即这些神经网络即使不进行重新训练或是微调,也可以在其他数据集上取得较好的认证性能。同时,在该数据集上训练得到的神经网络在不同数据集上性能差别较小,体现了本文数据集具有较好的稳定性。结论 设计了一个针对感知哈希的图像数据集,大量的对比实验表明了该数据集的有效性,该工作可对感知图像哈希领域的发展起到促进作用。     

基于压缩感知和DNA编码的图像加密算法

针对传统图像加密算法安全性能差和传输效率低等问题,提出了一种基于压缩感知CS和DNA编码相结合的图像压缩加密算法。首先,采用CS对待加密图像进行预处理,在预处理过程中由克罗内克积KP构造测量矩阵并按比例缩小原始图像。接着,利用超混沌Bao系统产生的混沌序列动态控制DNA编码、解码和运算方式,对压缩图像进行加密和解密。最后,通过重构算法得到重构图像。该算法最大限度地利用了超混沌Bao系统产生的混沌序列,通过将生成的混沌序列整数化,对原始图像进行DNA扩散操作。仿真实验和结果分析表明,该算法能有效提高图像的传输效率和安全性。     

基于改进压缩跟踪算法的航拍视频目标跟踪系统

针对航拍视频的特性,对经典的压缩跟踪（Compression tracking,CT）算法进行了研究,发现了CT算法在样本采集和分类取样步骤中的不足并进行了相应的改进。采用Kalman滤波器预测目标的运动路径,并将预测结果应用于样本采集,自适应地修改搜索范围。更新了分类器的取样反馈过程,先对分类结果进行判断,评分绝对值低于某一阈值的分类结果不反馈给分类器,有效地保持了分类器的正确性。在改进算法的基础上,开发了基于航拍视频的目标跟踪系统。通过与经典压缩跟踪算法在实际航拍道路视频的测试和对比,验证了本文算法的有效性和实时性。     

一种分块压缩感知观测值的图像篡改认证算法

文章针对压缩感知理论特点,提出一种新的算法。分块认证可将篡改定位到分块级别,具有较高的篡改定位准确度。算法首先将图像分成若干块,分块大小可以由篡改定位调整,然后对各个分块进行观测得到压缩的观测值。在观测域中将得到的观测值进行LDPC编码生成水印,并将水印嵌入到分块图像中。水印提取时同样对篡改后的图像进行随机投影,对提取的水印进行解码和比较,实现了图像的篡改检测与图像认证。根据实验研究证实,该算法对局部篡改的检测功能较强,算法实现简单且提取过程更加安全。     

一种基于小波稀疏基的压缩感知图像融合算法

随着压缩感知技术的发展,基于压缩感知的图像融合技术研究逐渐受到越来越多的重视。针对图像小波分解系数特点,提出了一种基于双放射状采样模式的压缩传感域图像融合算法。该算法首先通过双放射状采样模式获得待融合图像的小波稀疏域线性测量值;然后利用一种简单的绝对值最大融合规则直接在压缩感知域进行融合,最后通过最小全变分的方法重构融合图像。主客观实验结果表明,该算法具有良好的融合效果。     

基于Shearlet的双正则化图像压缩采样恢复

针对图像压缩采样中正交小波变换方向有限和单一正则化的问题,提出了一种基于Shearlet的双正则化图像压缩采样恢复算法。该算法用Shearlet作为图像的稀疏表示,用交替最小化对联合正则化模型进行求解。实验结果表明,该算法恢复的图像与单一的全变分正则化方法和小波变换相比有更好的视觉效果,更高的峰值信噪比。     

基于期望最大化的水平集分割算法

针对经典的水平集算法(比如Chan-Vese模型算法)在迭代过程中要重新初始化和容易受噪声和模棱两可的边界的影响的缺点,增加一项内部能量泛函达到不需重新初始化的目的,并结合贝叶斯决策理论,利用图像先验知识,提出了一个改进的能量函数,根据符号距离函数来不断调整水平集函数的偏差。该函数是利用期望最大化算法来得到的。实验结果表明,该算法分割精度和运行准确率上都优于经典算法。     

一种基于混合反馈的混沌图像加密算法

针对现有基于混沌分组密码的图像加密算法中,扩散函数扩散速度慢、需要多轮迭代才能抵抗差分攻击的缺点,提出了一种新的基于密文和输出混合反馈的混沌图像加密算法。该算法利用密文扰动混沌系统的初始值,既改善了数字混沌的退化,又能使扩散函数具有非常快的扩散速度。经过实验验证,该算法只需正反两轮迭代,就能达到较高的安全性和较快的加解密速度。     

提升小波变换的零树分形混合编码算法

为改善图像压缩的效果,在讨论小波提升算法的基本原理与实现流程的基础上,提出了一种改进的基于提升小波变换的零树分形混合图像编码算法。在基本小波提升算法的基础上,考虑到在对小波子树匹配预测时,经提升小波变换后的高分辨率子带自相似性不强的特点,不对高分辨率子块进行分形匹配,而直接用前几个较低分辨子带的匹配结果作为小波子树的匹配结果,改进了基于提升小波系数零树结构的分形预测图像编码方法及过程。实验结果表明,这种改进显著加快了编码速度,编码所花费时间仅为常规方法的十分之一。最后,阐明了小波与分形进行图像压缩相结合的本质和仍需改进的方向。     

粗糙集在融合图像质量评价中的应用

提出了一种基于粗糙集理论的融合图像质量评价方法。采用粗糙集属性约简方法把冗余的属性和冲突的对象从决策表中删去,从而对决策信息系统进行了相对简化,使模型具有一定的抗信息丢失能力。该方法运用到融合图像质量评价中去,实验结果表明其有效性。     

一种基于模糊集的灰度图像阈值分割算法

提出了一种新的基于模糊集理论的图像直方图阈值分割算法。该算法首先把图像的直方图预分成目标参考区,背景参考区和模糊区。然后对位于模糊区的灰度级,逐一比较其与目标和背景区的相似度,以决定该灰度级的归属,并最终确定灰度阈值。仿真结果表明：此方法不但能不有效地对灰度图像进行分割,且与传统方法相比更具灵活性。     

数字图像的多向混合差分无损编码方法

通过对双向混合差分方法以及3-参数变长编码方法的研究与分析,针对数字图像编码提出了一种多向混合差分预处理方法。多向混合差分方法先根据当前点的邻近4点对当前点作局部特征分析,然后根据分析结果在基本差分方向中选择当前点的最佳差分方向。相对于双向混合差分方法,多向混合差分方法无需保存方向标志位;基本差分方向进一步细分为4种方向。与双向混合差分的实验结果相比,经多向混合差分处理后的测试图像平均熵值降低了8.2%,编码后单个像素值所占平均比特数降低了11%。实验结果表明,该方法可以把数字图像的熵值降到一个较低的水平,从而有利于编码效率的提高。